Traducteurs du cerveau

2010/10/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les interfaces cerveau-ordinateur sont appelées BCI, Brain Computer Interfaces. Ils sont des traducteurs de la pensée : ils lisent et interprètent les intentions du cerveau, puis les transforment en actions. Par exemple, ils écrivent le pensé sur un écran ou déplacent un robot ou un bout paralysé.

En fait, plusieurs équipes étudient cette dernière application pour l'utiliser dans la réhabilitation neuromotrice. Cela est dû au fait que lorsque l'infarctus cérébral se produit un certain nombre de symptômes en fonction de la zone touchée. Beaucoup ont des problèmes moteurs comme les hémiplégiques. Dans certains cas, le mouvement commence dans le cerveau, mais n'atteint pas les muscles parce qu'il ya une coupure.

Les chercheurs ont proposé que, en raison de la plasticité du cerveau, il peut former un écart, excitant les éléments qui interviennent dans ce processus par des systèmes de BCI. Autrement dit, ils croient que, en appliquant des stimuli appropriés, les neurones sains peuvent faire fonction des personnes touchées et, par conséquent, récupérer la capacité de mouvement des patients.

Ils travaillent, entre autres, à l'Université Tübingen d'Allemagne, sous la direction du docteur Niels Birbaumer. Ce groupe a été le premier à tester ce type de systèmes avec les patients et c'est le groupe dans lequel le donostiarra Ander Ramos enquête maintenant.

Ramos est ingénieur biomédical de la Fondation Fatronik et est doctorant à la prestigieuse Université de Tübing. Ramos a reconnu que « de nombreux groupes étudient avec les gens, mais le nôtre a été le premier à enquêter sur les patients atteints d'infarctus cérébral ».

Ander Ramos est ingénieur biomédical de la Fondation Fatronik et est doctorant à l'Université de Tübing, à l'Institut de Psychologie Médicale et de Neurobiologie du Comportement. Ed. : Ander Ramos.

Essais avec des patients

Ramos a 1200 patients dans cette situation. Malheureusement, ils sont de plus en plus nombreux. Cela est dû à des facteurs tels que le vieillissement ou à des habitudes de vie aliénés, mais de plus en plus jeunes (environ 30-40 ans), beaucoup touchés par les drogues de conception. Nous analysons les données de tous, comme par exemple quand ils ont subi un accident, pourquoi, quelles conséquences ils ont, etc. et nous sélectionnons les bons pour la recherche".

Le groupe de participants doit être homogène et remplir un certain nombre de conditions. "Par exemple, ils ne peuvent pas subir de dommages à la cognition parce qu'ils doivent recevoir une formation." Ils font un double entraînement, entraînent deux heures par jour avec le BCI pour ajuster le système et améliorer l'efficacité, une heure de physiothérapie de routine mais focalisée sur la recherche.

Recueillir, filtrer et interpréter

Une des phases les plus importantes est la collecte des signaux cérébraux, qui sont effectués par électroencéphalographie. Pour cela, il existe des méthodes standardisées, non invasives ou invasives. Chez les non-invasives, les capteurs qui reçoivent les signaux sont placés à l'extérieur de la tête, ils sont généralement appliqués un gel sur la peau de la tête qui facilite la transmission du signal et le patient ne supporte plus. Dans les méthodes invasives, les capteurs sont placés à l'intérieur.

Dans l'image, un patient souffrant d'infarctus cérébral effectuant une réhabilitation neuromotrice. L'objectif est que, après un mois de réhabilitation, le patient soit capable de déplacer le muscle sur son propre. Ed. : Université de Tübingen.

Ces capteurs sont beaucoup plus forts pour le patient que les non invasifs, mais le signal reçu est "plus propre et précis", selon Ramos. Quand les électrodes sont placées à l'extérieur "le bruit entre toujours, il est facile de déplacer un peu le patient, toucher les câbles ou soulever les sourcils et ces signaux peuvent couvrir ce que nous voulons détecter". En revanche, si le capteur est placé à l'intérieur ou au-dessus du cerveau, "le rapport signal/bruit est supérieur".

Il est donc plus difficile de filtrer que de recevoir le signal, c'est-à-dire de « retirer le bruit » et de l'interpréter. "Il faut garder à l'esprit que le cerveau est toujours en marche et que le patient qui participe à la recherche, d'une part, fait ce que nous lui promettons et, d'autre part, regarde un écran et essaie de la comprendre...".

En outre, les signaux varient d'une personne à l'autre et de la même personne selon le moment, "par exemple, si vous avez pris beaucoup de café, ont mangé un peu plus tôt ou ont eu une mauvaise nuit, le signal change". Tout cela rend difficile l'interprétation du signal.

Dans le but de générer neuroplasticité

En plus de l'électroencéphalographie pour la détection des signaux cérébraux, les chercheurs du groupe Ramos utilisent l'électromyographie. Grâce à elle, vous obtenez l'activité bioélectrique des muscles. Son objectif est la réhabilitation, c'est-à-dire traiter le patient afin qu'il retrouve sa capacité de mouvement.

L'objectif est de « provoquer la neuroplasticité », selon Ramos. Leur hypothèse est qu'ils peuvent compléter avec le BCI l'interruption qui a eu lieu dans les tâches de moteurs visuels. C'est précisément pour cela qu'ils choisissent des patients inoffensifs dans le cortex, où le mouvement commence.

Cette orthose robotique permet de contrôler l'intention de se déplacer grâce à la neuroprothèse développée entre l'Université de Tübing et la Fondation Fatronik. Ed. : Université de Tübingen.

"La tâche est un moteur visuel, par exemple, attraper un verre, - explique Ramos -. D'abord, vous voyez le vaisseau et le cerveau reçoit cette information. Une fois traité, il commence le mouvement, il veut prendre le verre et envoie au bras et à la main les signaux nécessaires pour attraper le verre. Enfin, vous prenez le verre. Car nous stimulons ces éléments à travers le BCI pendant un mois. Et ce que nous cherchons, c'est que passé ce temps le patient soit capable de déplacer le muscle sur son propre."

Ramos accepte qu'ils ont déjà obtenu avec des patients, mais avec d'autres pas. De nombreux facteurs influencent la variation des résultats : motivation, dépression ou non, les zones affectées par l'infarctus, etc. Pour les chercheurs, il est essentiel de savoir pourquoi ils ont récupéré. Cela vise à affiner la méthodologie pour concevoir un produit finalement commercialisable.

Cependant, Ramos a parlé avec prudence de cette option: « Il y a cinq ans, quand j'ai commencé sur ce sujet, il me semblait qu'il y avait quelque chose de commercial en dix ans, mais maintenant je ne suis pas si optimiste. » Cependant, selon lui, la clé n'est pas que le système fonctionne, mais que le produit doit être très solide et stable et avoir un prix raisonnable. « De plus, les processus d'autorisation de l'Union européenne ou des États-Unis sont très longs. » C'est pourquoi vous préférez ne pas donner de date.

Prisonnier dans le corps

Pendant ce temps, l'équipe de l'Université de Tübingen continue à étudier la technologie BCI et a d'autres projets comme la sclérose latérale amyotrophique.

Exosquelette développé en 2003 à l'Université Berckeley. Cela permet au soldat de transporter sans effort un sac à dos de 100 kg. Ed. : Université Berckeley.

Comme l'a expliqué Ramos, il s'agit d'une maladie "terrible": Les patients perdent la capacité de se déplacer lentement et finissent dans locked, emprisonnés dans leur corps. Ils sont conscients, mais ne peuvent pas être déplacés et ne peuvent pas communiquer avec l'extérieur. Nous croyons que les neuroprothèses sont la seule solution que ces patients ont pour communiquer avec l'extérieur ».

Dans ces cas, ils utilisent le BCI, non pas pour exciter les éléments qui interviennent dans les tâches visuelles motrices, mais pour stimuler le cerveau. Les chercheurs croient que chez ces patients la pensée s'éteint par manque de communication et de stimulation. Par le BCI ils éviteraient ceci.

Pour le moment, des tests ont été effectués avec un seul patient et même si le patient a répondu correctement à certains moments, ils n'ont pas obtenu une communication continue. Cependant, cela ne les a pas découragés, car ils considèrent que la technologie BCI peut être d'une grande aide pour ce type de patients.

Autres applications et éthique

Ramos a exprimé son intention de continuer à travailler sur des applications sanitaires. Selon certains chercheurs, la technologie BCI peut avoir un développement rapide grâce à l'investissement de jeux vidéo et d'entreprises de loisirs. Ainsi, il ya déjà des électrodes sèches, à savoir qu'ils n'ont pas besoin de chambre, destinés à ces applications, comme celui commercialisé il ya quelques années par la société Emotiv System sous le nom de Epoc. Cependant, Ramos doute si vraiment le casque recueille et interprète les signaux du cerveau. À son avis, il reçoit les mouvements des muscles du visage et du front.

Casque epoc commercialisé par Emotiv System pour les loisirs. Ed. : Rotiv System.

D'autres applications génèrent des doutes éthiques. Avant de se rendre à l'Université de Tübing, Johns Hopkins a étudié à la prestigieuse université américaine. Bien qu'étant l'un des plus avancés au niveau mondial dans la recherche biomédicale, Ramos n'aimait pas que l'armée américaine soit le principal investisseur en technologie BCI.

Selon Ramos, « comme toute technologie, la clé est utilisée, vous pouvez utiliser un téléphone mobile pour faire exploser une bombe. Il en va de même pour les exosquelettes, par exemple. Nous avons des projets pour aider les handicapés à déplacer leurs membres en utilisant des exosquelettes. Eh bien, à l'Université Berckeley il y a quelques années quelque chose s'est développé, et maintenant l'armée américaine a quelque chose de semblable pour obtenir des supersoldats".

Le BCI intéresse également l'armée pour la connaissance des images. Et c'est que le cerveau trouve l'image qu'il cherche beaucoup plus vite que n'importe quel ordinateur. Lorsque cela se produit, un signal est généré dans le cerveau qui peut être vu par le BCI. De cette façon, il peut être utilisé pour détecter et identifier les ennemis. « Les applications militaires peuvent être nombreuses », avertit Ramos. "Mais il y a des applications beaucoup plus bénéfiques et je préfère les étudier".

Schéma des systèmes BCI

Dans le schéma suivant, vous pouvez voir les trois types de prothèses existantes aujourd'hui: non invasives (EEG), peu invasives (ECOG) et invasives (réseau d'électrodes; dans l'image une seule unité est affichée). Le but des trois est de recueillir l'activité du cerveau, mais ils ne fonctionnent pas de la même manière et les résultats ne sont pas égaux.

Les données obtenues par les prothèses cérébrales sont également traitées et triées de différentes façons. Dans l'étape suivante, les commandes sont envoyées aux appareils qui composent le système. Selon la fonction, ils sont d'une nature ou d'une autre, comme les dispositifs qui aident à communiquer, se déplacer ou ceux destinés à obtenir une réhabilitation neuromotrice.

(Photo: Neurosurgery)